Сталь 40х13 термообработка твердость

Технология закалки стали 40Х13

Нержавеющая сталь 40Х13, химический состав которой должен соответствовать требованиям ГОСТ 5632, производится в сортаменте катаных прутков и листов по ГОСТ 5949. Специфические особенности эксплуатации этой стали обуславливают повышенный уровень требований к качеству её термической обработки.

Состав, свойства и применение

Сталь 40Х13 отличается повышенным содержанием хрома (от 12 до 14%), при минимально допустимом процентном содержании марганца (до 0,8%). Никель, обычно добавляемый в стали мартенситного класса, в данной стали отсутствует. Это уменьшает опасность образования карбидов по границам зёрен, и способствует стабильности механических характеристик.

Приводимый далее комплекс механических свойств позволяет относить данный материал к сталям повышенной жаропрочности:

  • при температуре в 200 °С постоянной эксплуатации изделий, изготовленных из стали 40Х13, предел временного сопротивления составляет не менее 960 МПа, при пределе текучести 830 МПа, и коэффициенте ударной вязкости 500 кДж/м 2 ;
  • при температуре в 400 °С постоянной эксплуатации изделий, изготовленных из стали 40Х13, предел временного сопротивления составляет не менее 795 МПа, при пределе текучести 685 МПа, и коэффициенте ударной вязкости 750 кДж/м 2 .

Технологические свойства 40Х13

Таким образом, эта сталь отличается повышенной стойкостью против вибраций и знакопеременных нагрузок, возникающих в узлах и деталях оборудования, эксплуатационные температуры которого превышают 300…350 °С. К числу таких деталей относятся мерительные приспособления, используемые в ковочно-штамповочном производстве, ответственные детали компрессорных установок, пружины, нагретые до 75 °С. Иногда из данного материала производят и деформирующие инструменты, например, отрезные ножи горячештамповочных автоматов.

Все перечисленные области применения требуют от материала повышенной прочности и твёрдости. Между тем относительно сталей мартенситного класса это сочетание получить довольно трудно, поскольку при повышенной твёрдости изделия становятся достаточно хрупкими, и при ударных нагрузках склонны к трещинообразованию.

Выбор оптимального режима термической обработки

В зависимости от конкретных производственных условий, сталь термически обрабатывают по двум вариантам:

  1. Нормализацией при температуре выдержки 1050…1100 °С, с последующим высоким отпуском с 600…650 °С. Нормализация стабилизирует структуру стали, снижает количество остаточного аустенита, и улучшает обрабатываемость на металлорежущих станках. Это позволяет использовать такую технологию термообработки для получения заготовок ступенчатых валов и осей, работающих преимущественно в средах с повышенной влажностью, а также в условиях коррозионно-механического износа.
  2. Ступенчатой закалки с высоким отпуском. Продолжительность и количество циклов закалки зависит от требуемой поверхностной твёрдости и конечной микроструктуры. Закалка стали 40Х13 по такому способу выполняется для изделий, которые в процессе своей эксплуатации периодически подвергаются ударным нагрузкам.
Читайте также:  Вес молотка для забивания гвоздей

Температура заготовки в зависимости от цвета при нагреве

При выборе режима термообработки необходимо учитывать, что сталь 40Х13 штампуется при температурном интервале 950…1150 °С: именно в этом диапазоне материал обладает максимальной ковкостью.

Во всех случаях сталь перед обработкой подвергают отжигу. Это связано со следующими особенностями:

  • наличием карбидов хрома, которые образуются в процессе горячей прокатки заготовок. Они сосредотачиваются на границах зёрен вокруг основной, более пластичной структуры;
  • присутствием цементита, который по структуре и размерам зерна отличается от любого их карбидов хрома. Это вызывает остаточные напряжения растяжения, снижающие прочность;
  • опасности избыточного количества остаточного аустенита, который также повышает твёрдость и снижает пластичность;
  • склонности данной стали к деформационному упрочнению во время пластической деформации.

Опытным путём установлено, что для получения оптимальной макроструктуры режим отжига должен быть следующим: нагрев до 690…730 °С, с выдержкой до полного прогрева сечения детали и последующим охлаждением вместе с печью до 500…550 °С (далее – на воздухе). Конечная структура – зернистый перлит, которые положительно выделяется своей стабильностью, равновесностью и наличием мелкого зерна.

Технология термообработки

Нормализация стали 40Х13 применяется реже, в основном, после горячей штамповки/ковки, когда слиток или заготовка нагревались до максимально возможных температур. При длительном нагреве ускоряется рост зерна, что нежелательно с точки зрения трудоёмкости при окончательной обработке изделий. Нормализация, однако, необходима, если нормализованная и отпущенная деталь имеет сложную форму, с многочисленными перепадами в поперечных сечениях, а также при наличии острых углов и кромок.

Главная цель закалки — обеспечить достаточный процент мартенсита в стали. Такие требования выдвигаются, если деталь при эксплуатации будет испытывать значительные рабочие напряжения. Максимально достигаемая твёрдость после закалки – обычно 50…55 НRC. Обеспечивается это следующим режимом термобработки: закалкой с 1000…1050 °С в масло, с последующим низким — при 230…280 °С – отпуском.

Читайте также:  Как работать с гигрометром

В связи с низким температурным интервалом термообработки нагрев производят в печах скоростного нагрева, имеющих системы высокоточного автоматического контроля температуры.

Особые требования к соблюдению технологических режимов закалки стали 40Х13:

  1. Температура сред, используемых для охлаждения изделий после их закалки, должна быть на 50…75 °С ниже температуры окончания мартенситного превращения. Оно для рассматриваемой марки стали составляет 650…670 °С. В качестве таких сред используются масло, щёлочные или солевые расплавы. Например, соответствующими возможностями обладает расплав солей KNO3 и NaNO3 в соотношении 1:1. Масляные ванны менее предпочтительны, поскольку при длительных выдержках металл науглероживается. Это, хоть и повышает дополнительно твёрдость, но ухудшает обрабатываемость заготовок, особенно при точении и фрезеровании.
  2. Время выдержки изделий при закалке и последующем охлаждении составляет до нескольких часов. Такой длительный период выдержки обусловлен необходимостью создать условия для полного мартенситного превращения.
  3. Скорость дальнейшего (после отпуска) охлаждения закалённых заготовок особого значения не имеет, и определяется только производственными возможностями. При этом предпочтительнее охлаждать детали не в печи, а на открытом, но спокойном воздухе. В таких условиях мартенситное превращение протекает в полном объёме.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

quote: Изначально написано Ivaldan:
Подскажите пожалуйста какая твердость достижима на 40Х13 ?
Если верить справочникам то указывают 52-54 максимум.
А недавно замеряли кутерные ножи, было около 58.
Сегодня забрал от термистов клинки замеры в диапазоне 56,4-60,5HRC.
Твердомер проверяли, не врет.

Не знаю верить твердомерам или нет,при мне лично твердомер показывал 60 HRC. на 40Х13. На 95Х18 63HRC. Вот вам пример советских твердомеров. Есть хорошие и исправные,на которых работали пряморукие люди.
В итоге напильник эти 60 ед. на 40Х13 точил с небольшим трудом,на 95Х18 еще чуть тяжелее. Думаю единиц по 6 можно скинуть и получим более менее правду:-)
Расчитывайте на 54.

Evgeniy13

Мне один термист обещал 60,но когда отдал сказал 58 ,проверять не стал,но по очучениям было около того.

Dinamic_kr
ireene
maxx2000

60 ед. может на окалине показать, или наклёп не сошлифован.

ireene
Кэчэда
M0squit0

quote: Изначально написано Ivaldan:

А недавно замеряли кутерные ножи, было около 58.

Ножи от кутлера встречаются из 50х14мф. Для этой стали твердость 57,5HRc – нормально.

Читайте также:  Как сделать круг фрезером
maxx2000
Кэчэда

quote: Originally posted by maxx2000:

Вроде из неё в Советские времена все охотничьи ножи делали?

Ivaldan
Ivaldan

Ножи от кутлера встречаются из 50х14мф. Для этой стали твердость 57,5HRc – нормально.

Назначение стали 40Х13 (4Х13)

Втулки, оси, валы, пружины, рессоры, корпусы, цапфы, лопасти, бандажи паровых турбин, диски, работающие при температуре до 400-450°С, карбюраторные иглы, болты, гайки и другие детали, работающие в коррозионных средах.

Сталь коррозионно-стойкая, мартенситного класса, характеризуется высокой прочностью и износостойкостью.

Вид поставки (Металлопрокат)

Сортовой прокат – ГОСТ 5949-75
Прутки – ГОСТ 18907-73
Лист тонкий
– ГОСТ 5582-75
Проволока – ГОСТ 18143-72
Массовая доля элементов в стали 40Х13 (4Х13) , %, по ГОСТ 5632-72

C Si Mn S P Cr
0,36-0,45 ≤0,8 ≤0,8 ≤0,025 ≤0,030 12,0-14,0
Температура критических точек

Ас1 Ас3 Ar1 Ar3
820 870 780
Механические свойства при комнатной температуре

ГОСТ Режим термообработки Сечение,
мм
σ 0,2
Н/мм 2
σ в
Н/мм 2
δ ,
%
Ψ , % KCU,
Дж/см 2
HB
Операция t, ºC Охлаждаю-
щая среда
не менее
5582-75 Отжиг или отпуск 740-800 0,7-3,9 550 15
5949-75 Закалка
Отпуск
1000-1050
200-300
Масло
Воздух или масло
≤200 Не определяются ≥50 (HRC)
143-229
18143-72 В состоянии поставки
термообработанная
1 класс
2 класс
1,0-6,0 640-880 14
10
18907-73 В состоянии поставки
термообработанная
1,0-30,0 590-810 10 143-229
Коррозионная стойкость

Вид коррозии Среда t, ºC Длительность, ч. Балл стойкости
Общая Концентрированная H2SO4 20 720 1
63% H2SO4 40 24 4
24% аммиак 20 720 1
Точечная Для повышения коррозионной стойкости рекомендуется производить
закалку и отпуск при температуре 250-300°С.
Коррозионное растрескивание
Межкристаллитная
Коэффициент чувствительности к надрезу за 10 4 ч. Жаростойкость
Среда t°С Скорость коррозии,
мм/год
База испытаний, ч.
Чувствительность к охрупчиванию при старении Окалиностойкая при длительном
сроке службы с температурой до 600°С.
Время, ч. t,°С KCU, Дж/см 2
Исходное состояние 21
5000 470 22
Технологические характеристики стали

Не применяется для сварных конструкций.

В закаленном и отпущенном состоянии
при 340 HB и σв ≥ 735 Н/мм 2 .
Kv=0,6 (твердый сплав)
Kv=0,4 (быстрорежущая сталь)

Свариваемость Температурные параметры ковки, °С Обрабатываемость резанием
1100-800
Ссылка на основную публикацию